张志飞，刘池阳，任战利，王家鼎，王建强
(西北大学 地质学系/大陆动力学国家重点实验室, 陕西 西安 710069)
西北大学地质资源与地质工程一级学科现为陕西省优势学科, 下设矿产普查与勘探、 地球探测与信息技术、 地质工程、油气田地质与开发4个二级学科, 其中矿产普查与勘探学科为国家重点学科; 拥有资源勘查工程与地质工程2个本科一流建设专业, 具备本-硕-博-博士后一体化培养体系。
西北大学地质资源与地质工程学科是在石油地质学科的基础上发展演变而来。石油地质学科创建于1949 年,“油气地质与勘查”专业于1950年开始招生,首届毕业生于1952年走向石油勘探行业,是我国创办最早的石油地质专业。仅1950—1956年,西北大学地质学系就办了4届石油天然气专修科,为国家培养了648名石油地质专业急需人才;他们奔赴玉门、陕北,挺进克拉玛依、柴达木,转战东北,进军中原,远涉东海、南海,成为新中国石油地质战线的骨干力量。20世纪80年代曾做过统计,全国14个石油勘探局中,有13个局的总地质师和8个局的局长都是西北大学地质学系的毕业生。地质学系为中国石油工业的崛起和发展在人才培养和科学研究方面做出了重大贡献,因此,西北大学地质学系被称为“中华石油英才之母”和“中国石油战线的黄埔军校”。
改革开放之初,全国各大油田急需大量石油地质人才,西北大学在全国率先与石油工业部、中国石油化学总公司分别签订了为期20年的联合办学协议。联合办学开启了规模性校企联合进行高等教育学科建设和人才培养的新途径,有效地解决了学科建设徘徊不前、办学经费严重不足、学生招生和分配对口难等困扰中国高等教育发展的诸多问题,为中国高等教育体制改革创出了一片新天地。期间,石油地质学科与长庆、中原、河南、大港、大庆、新疆、胜利等油田不断深化合作,在为中国石油工业培养了大批优秀人才的同时,还为西北大学和地质学系争取到了两千多万元的建设经费,并在石油系统争取到了各类科研项目百余项。学科建设、科研教学和从本科生到研究生的多层次人才培养等都有了长足发展,整体迈上了新台阶。
1979年主编出版了《石油地质学》全国统编教材;1983年和1986年西北大学石油地质学科分获硕士和博士学位授予权;1999年“矿产普查与勘探”学科获准设立“长江学者奖励计划”特聘教授岗位;2000年获批 “地质资源与地质工程”学科一级博士授予点;2003年,以“矿产普查与勘探”为主要支撑的 “地质资源与地质工程” 一级学科博士后科研流动站获准设立,同年获批国家“973”项目;2007年“资源勘查工程(原石油与天然气地质)” 专业成为首批国家级特色专业建设点,“矿产普产与勘探”二级学科入选国家重点建设学科;2010年地球探测与信息技术、地质工程二级学科批准成为陕西省重点学科,“地质资源与地质工程”一级学科博士后流动站获全国优秀博士后科研流动站荣誉称号;《石油与天然气地质学》国家级精品课程建设立项;2014年地质资源与地质工程学科成为陕西省优势建设学科;2016年二氧化碳捕集与封存技术国家地方联合工程研究中心获批建设。2019年9月22日成功举办“油气地质一流人才培养和一流学科建设”研讨会暨石油地质学科创建70周年庆祝大会(见图1),《光明日报》同期刊发《不忘初心共筑石油强国梦——西北大学石油地质学科创建70周年》的报道。
图1 2019年9月22日石油地质学科创建70周年庆祝大会代表合影
70多年来,本学科已先后为国家培养了逾5 000名石油地质、工程地质领域的专业人才,他们中包括有任纪舜、安启元、王志武、宋汉良、阎敦实、钟其权、杨拯陆、冯志强、赵政璋、赵文智、王贵海、徐可强等一大批专业和管理杰出人才,这些学子担当奉献、奋发有为,许多成为国家重要企业或机构的领导和技术骨干,为我国石油工业、工程建设的发展、壮大作出了突出贡献。
目前,西北大学地质资源与地质工程学科,拥有国家重点实验室、实验教学示范中心、工程研究中心和多个省级科研教学平台,及“能源盆地油气地质”教育部创新团队;引进了一批知名专家及优秀青年教师,形成了一支由国家“973”首席、杰青、长江学者、陕西省教学名师及优秀青年教师等组成的教学和科研队伍。入选“全国百篇优秀博士论文”及“提名论文”各 1 篇、“陕西省优秀博士论文”5 篇;近10年来,获国家科技进步二等奖3项、各类省部级科技奖15余项。
2.1 理工融合、产学研用协同育人
面对工科教育发展新要求和行业发展新态势,本学科突出产、学、研、用融合协同发展;坚持以立德树人为根本任务,秉承知识、能力、素质、人格并重的育人理念;探索“核心价值、综合能力、创新探索”的教学模式改革,实现人才培养内涵式发展;培养担当奉献、求是创新、产学研用融合发展的新时代一流人才,服务于国家重大需求。
在教学内容方面,注重理工融合和学科交叉,突出新工科内涵,将能源资源勘探开发实践、大型工程的勘察设计等新进展及时融入课程体系;围绕“深水、深层、非常规和地质工程”做专做精 20门高水平研究生课程,联合校内外高端人才开展授课,提升学生对国际前沿、国家重大需求、交叉科学问题的了解和掌握。在教学实践体系方面,统筹建设校内-野外-企业等实践实习基地,增强学生解决复杂工程问题的能力;科教融合,创建立体化教学模式,构建“项目+问题+研讨+方案”“实体+虚拟仿真”多维度教学新体系;设立拔尖人才国际化专项基金,资助学生前往国外一流教育、研究机构学习交流,与国外知名高校举行联合野外实习;邀请国内外知名学者来校开设学术讲座或短期前沿课程,培养学生家国情怀和全球视野。注重学生多元培养,突出创新能力,积极参与国家重大建设密切相关的课题研究。招收“一带一路”等国家留学生,搭建海外高层次能源和工程专业人才培养与科研合作平台。实施研究生教育质量提升工程,对研究生教育各环节实行全程精细化管理,建立校、系、学科、导师、学生联合参与的培养过程质量监控体系;开展研究生学业水平综合考评,利用“研石”学术论坛等平台展示学生科研水平与成果,营造“比学赶帮超”的良好氛围,提高研究生资助标准,吸引优质生源,效果明显。近五年招收的222名研究生,主要来自国内相关专业院校,其中“双一流”高校生源占50%以上。
“十三五”期间,本学科“低油价背景下资源勘查工程专业培养方案的动态调整机制研究”入选“首批国家级新工科研究与实践项目”;“地热新能源开发利用实践创新教育示范基地建设”“能源发展新业态下资源勘查工程专业的改造、升级与实践”成功获批陕西省“第二批新工科教改项目”;荣获陕西省高等教育教学成果奖一等奖1项;入选国家级和省级虚拟仿真实验教学一流课程各1门;获全国大学青年教师地质课程教学比赛特等奖1项、一等奖2项及二等奖1项;陕西省第三届高校课堂教学创新大赛二等奖1项;教师荣获西北大学教学成果奖10余人次,学生获省级以上学科竞赛奖 62 项、陕西省优秀博士论文1人。资源勘查工程和地质工程两个专业顺利通过工程教育国际认证和入选“国家级一流专业建设点”。
2.2 聚焦国家重大战略需求,服务经济发展主战场
围绕盆山系统及其资源环境灾害效应领域,本学科立足西部,面向全国,瞄准能源、工程领域国家重大需求和国际前沿,重点服务中石油、中石化、中海油、延长油田、中铁、民航等大型国有企业,依托传统优势学科的深厚积累,优化学科布局,构建产学研用新机制,发挥现有人才队伍、学科平台、交叉创新的优势,面向国家重大战略需求,服务经济发展主战场。
以我国中西部盆地为研究基地,以鄂尔多斯盆地为重点,针对常规与非常规、深层超深层等油气勘探面临的重大、重点难题及学科前沿问题进行攻关,在能源盆地动力学、盆地热演化史与地热资源评价、多种能源成藏富集、油气运移成藏评价、油气藏开发地质、油气勘探理论和技术方法等领域形成了一批突出创新成果,为满足国家重大需求,确保国家能源安全方面做出了重要贡献;近年来针鄂尔多斯盆地深层中元古界—奥陶系海相油气资源接替及勘探新领域存在的重大问题,联合国内多家高校及单位,承担了中国石油长庆油田分公司科技重大专项“鄂尔多斯盆地中元古界—奥陶系构造沉积演化、成源机制与勘探新领域”项目,展开联合攻关。在高速铁路、高速公路、机场跑道等地基黄土振陷、湿陷、液化、填料改良、边坡稳定性以及滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害机理、预测和防治方面获得创新性成果,并直接应用于国家重大工程;成果走出国门,在匈塞高铁、泛亚铁路等工程中打通中外铁路规范标准,联合使用,起到了引领作用,彰显了国际影响力。聚焦国家“碳达峰、碳中和”目标,二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)研究团队围绕绿色低碳发展、应对气候环境变化,研究成果与相关技术得到国家、陕西省和国际有关组织的肯定,并开展广泛合作。多次作为中国政府代表出席重要国际会议,交流研发进展,分享治理经验,发出了西大声音,贡献了西大智慧,提出了西大方案。
“十三五”期间,承担各类科研项目总经费逾1.50亿元。其中,国家重大科研仪器研制项目1项、国家自然科学重点项目4项、国家重点研发计划课题(任务)3项,国家科技重大专项专题4项、国家自然科学面青项目35项;在国际公认顶级期刊发表论文100余篇、出版专著9部、授权国家发明专利24项;成功举办第十六届全国古地理学及沉积学学术会议(2021),鄂尔多斯盆地三新领域(2020)、深层油气勘探(2019)、西缘油气勘探技术(2019)、南缘构造特征(2018)全国性学术研讨会等6次;以第一完成单位获得国家科技进步奖二等奖1项、陕西省科学技术(发明)奖一等奖6项(见图2),获国际FIDIC奖1项;批准建设二氧化碳捕集与封存技术国家地方联合工程研究中心,新增西安市多种能源资源勘探开发重点实验室、黄土动力灾害与防控陕西省高校工程研究中心、陕西省碳中和技术重点实验室等国家级和省级平台。学科科技创新能力迈上新台阶,形成了以下三大优势领域:①油气等能源地质与勘探,创建了改造盆地原盆恢复、复杂叠合盆地热史重建与油气地热勘探、油气煤铀同盆赋存成藏及协同勘探等理论技术方法体系,综合、定量评价常规、非常规油气生成、运移、成藏机理、富集规律及勘探目标;②地球探测与CO2地质封存,攻克了地球深部探测、油气田地质与开发、CCUS 地质封存与监测等领域的若干关键技术难题,形成了系列原创性成果;③工程地质与黄土灾害,在解决高速铁路公路、机场等地基黄土特有工程问题、边坡失稳以及重大工程建设中的地质灾害机理、预测和防治难题方面获得创新成果。系列创新成果指导油气勘探和高铁防灾成效显著,创新CCUS 技术对推动碳减排和绿色发展意义重大。
图2 本学科在“十三五”期间荣获的国家和部分省级奖励证书
艰难方显勇毅,磨砺始得玉成。忆往昔峥嵘岁月，看今朝百舸争流。展望未来,我们要继续秉承“公诚勤朴”的西大校训,弘扬“无私奉献、团结拼搏、奋发进取、敢为人先”的西大地质精神,秉承“担当奉献、克难开拓、求是创新、厚基卓建”的西大石油精神,不等不靠不懈怠,苦干实干加油干,开启新时代学科建设新格局,人才培养和科学研究更加注重 “厚基”优势、提升“工科”定位,力求“少而精”、推进“国际化”,为早日争创一流学科而不断努力奋斗。
本期专刊围绕盆山系统及其资源环境灾害效应方向,对十三五期间及近年来本学科在能源盆地演化与动力学、深层(水)油气勘探与评价、油气勘探与开发相关理论与技术方法应用等进行了总结,为西北大学120周年校庆献礼。
能源盆地演化及动力学研究方面,主要围绕沉积盆地类型及其成因,回顾了本学科多年来在盆地类型方面的研究进展,总结了判识和确定的沉积盆地新类型,提出了凝练盆地个性特征和细化盆地类型的应用研究方法,讨论了以往关注不够然较为重要、值得重视的盆地类型,梳理和分析了莫衷一是、或词不达意的盆地类型称谓,提出了建议采用的术语[1];系统总结了叠合盆地深层、超深层地温及热演化史恢复方法研究新进展,建立了不同地热状态盆地超深层温度、油气相态与深度关系图版,恢复了鄂尔多斯盆地深层热演化史,对复杂叠合盆地热演化史恢复理论及方法、超深层地温场及热演化史差异对油气相态、油气成藏评价控制作用进行了深入研究,提出应关注的学科前沿问题[2];综合对比剖析了我国三大克拉通盆地内走滑断裂体系变形特征,总结了稳定克拉通内走滑断裂的共性特征,讨论其可能的形成动力学机制[3];综述了盆地斜坡生长对地层等时划分对比、沉积充填过程、沉积物分散样式、源-汇系统演化等方面的沉积学指示作用,剖析了国内外典型实例,进一步指出了当前湖盆斜坡生长研究的薄弱环节与存在问题[4]。
深层海相烃源岩评价方面,以鄂尔多斯盆地靖边气田为重点解剖对象, 指出了下古生界马家沟组的干酪根、分散可溶有机质和酸溶有机质是构成烃源物质的三个重要组成部分,有机酸盐生烃和TSR作用是造成马家沟组烃源岩无机碳同位素显著负漂的主要原因,同时也是马家沟组烃源岩生烃的主要证据[5];进而,针对下古生界广泛发育的高演化、低TOC丰度的碳酸盐岩能否成为有效烃源问题,提出高过成熟碳酸盐岩烃源岩评价应综合考虑成烃生物类型与数量、有机碳同位素组成和无机碳同位素负漂等因素[6]。
深层常规与非常规储层有效性评价方面,针对盆地深层碎屑岩储层有效性判识和评价的难题,提出了一种可充分反映储层多层次结构非均质性的单元砂体充填建模方法,建立储层地质模型,利用有效储集岩石中获得的各种物性参数表征储层中有效储集空间分布,以准噶尔盆地腹部深层砂岩储层为例,对其有效性进行了评价,并得到了实际勘探验证[7];针对我国南方寒武系页岩气勘探中遇到的有机孔普遍欠发育的实际地质问题,通过对中上扬子不同地区寒武系页岩储层的系统研究,重点讨论了下寒武统页岩孔隙发育特征与总有机碳含量(TOC)和成熟度的关系,以及排烃对下寒武统富有机质页岩孔隙发育的影响,探讨了我国南方深层页岩有机孔发育的主控因素[8]。
深水盆地勘探与油气成藏方面,围绕珠江口盆地白云凹陷,利用钻测井和三维地震资料,使用三维盆地模拟技术和油气成藏综合研究方法,以其深层流体动力和输导体系为基础,分析深层油气运移、成藏条件和动态过程,明确深层的油气运聚成藏模式,为白云凹陷深层有利区带预测提供较为可靠的科学证据[9];对南海北部陆缘的珠江口盆地及琼东南盆地的研究,系统总结中国海域深水区油气勘探及成藏研究的最新进展,并提出了中国南海北部深水区油气勘探依然面临的关键瓶颈问题与挑战[10]。
盆地资源勘探与开发的技术方面,围绕了中亚及中国北方各主要盆地能源矿产时空分布与赋存特征,结合有机-无机矿产的流岩相互作用、模拟实验、稳定同位素示踪及微区原位同位素测年等研究进展,总结了沉积盆地内能源矿产有机-无机相互作用过程与机理,为多种能源协同勘探开发提供了理论和技术支撑[11];重点介绍了古地磁及相关技术在油气资源勘探开发应用中的基本原理,综述了其对研究油气资源富集构造背景、地层单元划分与对比、钻井岩心复位、储层裂缝空间展布等方面的最新研究进展[12];系统总结了近几年利用人工智能方法在油气田勘探和开发领域中的研究进展,重点论述了人工智能技术在储层参数预测、储层流体识别、岩性岩相识别、压裂裂缝识别、自动井位优化、优势通道分级和CO2驱油与封存等领域的应用[13];通过构建了地下水三维非稳定流数值模型,模拟煤矿在综采和分层开采两种开采方式下的矿井涌水量及其地下水位变化过程,为煤矿的安全生产提供了科学依据[14]。
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